сотрудник
Россия
Россия
Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ББК 30 Техника и технические науки в целом
Исследования проводили с целью анализа отключений в электрических сетях 0,4…10 кВ и определения основных контрмер по снижению их количества. В качестве показателя надёжности проанализирована частота отказов основных элементов сети. В общее количество рассмотренных отключений входили потребительские отключения, отключения из-за повреждения воздушных линий электропередачи (ЛЭП) 0,4 кВ и оборудования трансформаторных подстанций (ТП). Исследования выполняли на основе данных Мценского, Орловского и Покровского районов электрических сетей Филиала ПАО «МРСК Центра» – «Орёлэнерго» и АО «Орёлоблэнерго» в период с 2015 по 2017 гг. Большинство причин повреждений оборудования ЛЭП 0,4 и ТП 10/0,4 кВ можно предотвратить путем повышения уровня его обслуживания и проведения своевременной диагностики. Определение количественных показателей эффективности контрмер по сокращению числа отключений затруднено из-за отсутствия в электрических сетях систем мониторинга технического состояния. Основные меры, направленные на решение этой проблемы в сетях 0,4 кВ – переход на ЛЭП с изолированными проводами; совершенствование конструкции коммутационных аппаратов, переключателей и выводов трансформаторов; применение средств диагностики; разукрупнение ЛЭП. Замена оборудования электрических сетей на новые типы обеспечивает экономический эффект от снижения частоты отказов, а также экономию за счёт сокращения затрат на обслуживание. В частности, замена трансформаторов на герметичные, позволяет сократить недоотпуск электроэнергии на 43,6 %, а проводов на изолированные – на 95,3 %
надёжность электроснабжения, отключения электроснабжения, электрическая сеть, линия электропередачи, ЛЭП, трансформаторная подстанция, эффективность контрмер по сокращению отключений
Отключения в электрических сетях 0,4 кВ приводят к недоотпуску электроэнергии потребителям и ущербу для электросетевых организаций. Последний связан со снижением оплаты за электроэнергию, неоправданным ростом затрат на обслуживание и ремонт оборудования электрических сетей. В документах, регламентирующих техническую политику ПАО «Россети» [1, 2], отмечено, что наименьшей надёжностью обладают электрические сети 0,4…10 кВ, и подчёркнута актуальность разработки и внедрения мероприятий, направленных на её повышение. Для конкретизации таких мер необходим анализ причин отключений, а также понимание результативности разработанных мероприятий. Это позволит прогнозировать экономические эффекты, которые возможны при их реализации.
Получение данных для анализа причин отключений и результативности контрмер по их сокращению возможно путем статистических исследований, проводимых по результатам эксплуатации электрических сетей. Такой подход используют как отечественные авторы [3], так и зарубежные исследователи, изучавшие надёжность систем электроснабжения [4, 5, 6], факторы, влияющие на их эффективность [7] и методы сокращения времени восстановления [8].
Сравнение показателей надёжности электроснабжения потребителей по районам Орловской области показало, что основные причины отключений – неустойчивые повреждения линий электропередачи (ЛЭП), повреждения коммутационного и трансформаторного оборудования трансформаторных подстанций (ТП), повреждения ЛЭП, связанные с несвоевременной вырубкой деревьев вдоль трасс [9]. Однако необходим более подробный анализ причин отключений для выработки рекомендаций по сокращению их количества.
Цель исследования – анализ отключений в электрических сетях 0,38…10 кВ и определение основных контрмер для снижения их количества.
Условия, материалы и методы исследований. Основной метод исследования – статистическое наблюдение отказов основного оборудования сети, приведших к отключениям потребителей и причин этих отказов. В качестве показателя надёжности проанализирована частота отказов основных элементов сети. В общее количество рассмотренных отключений входили отключения из-за повреждения воздушных линий
(ВЛ/ВЛИ) и оборудования ТП. На основе анализа выявляли наиболее частые причины повреждений, приводящие к отключениям в сетях 0,4 кВ, и вырабатывали главные направления работы по сокращению количества отключений и соответственно повышению надежности электроснабжения сельских потребителей. Исследования выполняли на основе данных Мценского, Орловского и Покровского районов электрических сетей Филиала ПАО
«МРСК Центра» – «Орёлэнерго» и АО «Орёлоблэнерго» в период с 2015 по 2017 гг.
Совместно с сетевыми компаниями выработана методика подготовки и реализации программ повышения надёжности электроснабжения потребителей, в которых основное место занимает замена оборудования на более современное и эффективное, и разработаны рекомендации по повышению надёжности электроснабжения потребителей Покровского РЭС, МценскогоРЭС, Орловского РЭС, а также АО «Орёлоблэнерго».
При выполнении этих работ определяли показатели надёжности элементов электрических сетей до и после реализации рекомендованных мероприятий, проводили оценку эффективности замены оборудования на новое с точки зрения повышения надёжности электроснабжения потребителей, а также экономии средств на эксплуатацию и монтаж. Анализ данных по частоте отказов оборудования нового типа позволил рассчитать удельные эффекты от его применения.
Анализ и обсуждение результатов исследований. Анализ надежности линий электропередачи (ЛЭП) 0,4 кВ и силовых трансформаторов, эксплуатируемых рассматриваемыми электросетевыми организациями, показал, что частота их отказов варьирует соответственно от 10,8 до 34,0 год-1/100 км и от 1,80 до 1,92 год-1/100 шт (табл. 1).
Поскольку соотношение причин отключения по различным РЭС совпадает с точностью до 5 %, более подробно рассмотрим их на примере Мценского РЭС (табл. 2). В этом РЭС заметное сокращение количества отключений, наблюдаемое с 2016 г., в значительной степени обусловлено уменьшением числа случаев схлёстывания проводов, что вызвано активной заменой неизолированных проводов на самонесущие изолированные провода (СИП), в первую очередь, на тех ЛЭП, где отключения были наиболее частыми. По этой же причине произошло снижение числа случаев отключения автоматических выключателей в начале линии. Это позволяет выделить замену голого провода на изолированный как эффективную меру по сокращению отключений в электрических сетях. В то же время отключение автоматических выключателей (АВ) или перегорания предохранителей в ЛЭП – самая частая причина сбоев, отключение из-за которой суммарно больше, чем от всех остальных. При этом выяснить почему срабатывает АВ зачастую не представляется возможным, так как после повторного ручного включения линия, чаще всего, работает в нормальном режиме. Причиной отключения АВ может быть перегрузка в ЛЭП, не выявленные схлёстывания проводов, неустойчивые короткие замыкания и др. В отсутствии секционирования ЛЭП в любом из перечисленных случаев, произошедшем на любом участке, происходит отключение всей линии, что значительно снижает надежность электроснабжения и необоснованно повышает количество и продолжительность перерывов в электроснабжении потребителей, подключенных к неповрежденным участкам ЛЭП. Очистка трасс ЛЭП позволила сильно сократить отключения от падения деревьев. В то же время невозможно объективно количественно определить эффективность замены провода и вырубки трасс, поскольку такой учёт в РЭС не ведётся, а линии не оснащены средствами объективного наблюдения, например, видеокамерами. Повысить качество мониторинга причин отключений и эффективности принятых мер может использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), что позволяет значительно сократить время обследования линий электропередачи. Так, в Мценском РЭС оно уменьшилось с 3 часов до 5…15 минут на 1 км [10].
На долю отказов электрооборудования ТП приходится порядка 8,25 % от общего количества, но они приводят к большим материальным затратам и наносят значительный экономический ущерб из-за нарушения электроснабжения большого числа потребителей. В целом их число по Мценскому РЭС за годы исследований оставалось на одном уровне (табл. 3). Один из самых дорогостоящих элементов электрооборудования ТП – силовой трансформатор. Большинство отказов в их работе связано с повреждениями контактных соединений, возникающими из-за нарушения целостности и плотности контакта, что приводит к перегоранию шины, наконечника кабеля, шпильки трансформатора. Анализ повреждений оборудования ТП позволяет сделать выводы о необходимости совершенствования коммутационного оборудования, а также разработки средств контроля и диагностики контактных соединений, совершенствования эксплуатации трансформаторов.
Анализ данных по эффективности оборудования нового типа показал, что замена провода на самонесущий изолированный уменьшает частоту аварийных отключений на
19,3 шт /на 100 км в год, недоотпуск электроэнергии в аварийном режиме – на 95,3 %, замена трансформаторов ТМ на ТМГ снижает величины этих показателей соответственно – на 0,44 год-1/100 шт. и 43,6 % (табл. 4). Одновременно значительно снижаются затраты труда и средств по другим статьям расходов на монтаж и эксплуатацию.
Выводы. Наиболее частые причины отключения ЛЭП 0,4 кВ – отключение защитного аппарата в начале линии, обрывы и схлестывания проводов, что связано с их техническим состоянием, зарастание трасс ЛЭП. Основные отказы оборудования ТП 10/0,4 кВ – перекрытия рубильников, коммутирующих вводы низкого напряжения и отходящие ЛЭП, повреждения контактных соединений на шпильках трансформатора, обусловленные несовершенством их конструкции.
Большинство причин повреждения оборудования ЛЭП 0,4 кВ и ТП 10/0,4 кВ можно предотвратить путем повышения уровня его обслуживания и проведения своевременной
1. Положение ОАО «Россети» о единой технической политике в электросетевом комплексе. М.: ОАО «Россети», 2013. 196 с.
2. Положение ПАО «Россети» «О единой технической политике в электросетевом комплексе» Утверждено Советом Директоров ПАО «Россети» (протокол от 22.02.2017 № 252). [Электронный ресурс]. URL: https://www.mrsk-ural.ru/public/upload/content/files/2019/tech_policy2019.pdf (дата обращения 14.05.2020)/
3. Анищенко В. А., Колосова И.В. Основы надежности систем электроснабжения: пособие для студентов по специальности «Электроснабжение». Мн.: БНТУ, 2008. 151 с.
4. Trojanowska M. Bezpieczeństwo Elektroenergetyczne Terenów Wiejskich // Агротехника и энергообеспечение. 2014. №1(1). С. 468-475.
5. Kornatka M. Analiza statystycznanie zawodności krajowych linii niskiego napięcia // Wiadomości Elektrotechniczne. 2009. №6(77). Р. 3-6.
6. Paska J. O. Рotrzebie wykonywania analiznie zawodności system elektroenergetycznego // Napędisterowanie. 2011. № 9. Р. 155-158.
7. Oricha J. Y. Analysis of interrelated factors affecting efficiency and stability of power supply in developing countries // AFRCON. 2009. 5308171. [электронный ресурс]. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/5308171 (дата обращения 14.05.2020).
8. Jianfang L, Xiaohui S., Yuting W. Service Restoration for Distribution Network Considering the Uncertainty of Restoration Time // 3rd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI). 2016. [электронный ресурс]. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Service-Restoration-for-Distribution-Network-the-of-Li-Song/0c70e231e5582976bc856f25e28c17dc592d96d2 (дата обращения 14.05.2020).
9. Сравнительный анализ надежности электроснабжения по районам электрических сетей / А. В. Виноградов, А. В. Виноградова, И. Д. Скитёва и др. // Инновации в сельском хозяйстве. 2018. №3 (28). С. 39-46.
10. Протокол №1 испытания беспилотного летательного аппарата (БПЛА ОСЛЭП Орел ГАУ) для осмотра ВЛ на базе Мценского РЭС ОАО «МРСК Центра» - «Орелэнерго» от 26.11.2014
